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《中国科学院研究生院(电工研究所)》 2006年
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隔离升压全桥DC-DC变换器拓扑理论和控制技术研究

姜雪松  
【摘要】:隔离升压DC-DC变换器在电动汽车、储能系统、可再生能源发电以及超导储能系统等领域有广阔的应用前景。本文以隔离升压全桥变换器(Isolated Boost FullBridge Converter,简称IBFBC)为研究对象,针对隔离升压型变换器的拓扑结构、起动问题、隔离变压器漏感问题、软开关问题和输入电感磁复位问题等进行了系统深入的研究,解决了这一类拓扑所共有技术问题。 提出了隔离升压DC-DC变换器拓扑族,分析比较了各种拓扑的特点,确定了以IBFBC为研究对象。对IBFBC进行了详细的稳态分析和小信号建模分析,为其分析、设计和搭建实验平台提供了电路理论基础。 理论上分析了IBFBC起动时存在电流冲击的原因。提出了二种数字化软起动方案,该方案对主电路进行了改造,利用DSP能灵活产生PWM波的特点采用了新的控制策略,成功实现了该系统的软起动。 理论上分析了IBFBC隔离变压器漏感引起功率开关管关断电压尖峰的原因,采用了有源箝位的方法,有效的解决电压尖峰问题。提出了带有源箝位IBFBC的九种PWM控制策略,提出了一种控制型软PWM方法,在不增加主电路元器件的基础上,通过控制PWM的发生方法,实现了有源箝位功率开关管和桥臂功率开关管的零电压开通。 从理论上分析了IBFBC输入电感磁复位问题。在正常停机时提出了一种数字化软停止的方法,控制变换器由Boost工作状态逐渐过渡到Buck工作状态,让输入电感存储的能量逐渐释放掉,最后停止工作。对于故障保护停机,采用了绕组磁复位的方法,把输入电感设计成反激式变换器形式,突然停机时,电感中存储的能量通过反激式绕组释放到输出端,这样保护了变换器不会损坏。 给出了主电路关键器件参数的设计方法,设计了以DSP-TMS320F2407为核心的数字控制单元,编写了DSP控制程序和CPLD逻辑处理程序。研制了一台输出功率5KW,输入电压直流24V,输出电压直流300V的IBFBC,通过全面的性能实验验证了理论分析和仿真结果。 本文立足于IBFBC的关键技术要求,并充分考虑工程应用中的实际因素,进行了理论分析和实验研究,为实际系统方案设计提供理论依据,并已经在实际应用中得到验证。
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